DE4034971C2 - Auf einen Fahrzeugruck ansprechende Vorrichtung zur Betätigung eines Fahrzeuginsassenrückhaltesystems in einem Passagierfahrzeug - Google Patents

Auf einen Fahrzeugruck ansprechende Vorrichtung zur Betätigung eines Fahrzeuginsassenrückhaltesystems in einem Passagierfahrzeug

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Betätigung eines Fahrzeuginsassenrückhaltesystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Betätigbare Passagierrückhaltesysteme für Fahrzeuge sind be­ kannt. Solche Systeme werden zum Abfühlen einer Zusammenstoß­ bedingung verwendet und infolge einer solchen Bedingung wird ein Luftsack betätigt oder ein Sitzgurt verriegelt oder eine Vorspannvorrichtung für eine Sitzgurtrückholvorrichtung (Gurtstrammer) betä­ tigt.
Die US 38 70 894 beschreibt ein betätigbares Passagierrückhal­ tesystem, welches einen elektrischen Wandler verwendet, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches eine Einsatzbedingung, wie beispielsweise eine Fahrzeugverzögerung oder -ver­ langsamung, anzeigt, und zwar zur Verwendung bei der Betätigung eines derartigen Rückhaltesystems. Der verwendete Wandler ist ein piezoelektrischer Wandler, der als ein Beschleunigungsmes­ ser arbeitet und ein Ausgangssignal mit einem Wert liefert, welches die Fahrzeugverzögerung anzeigt. Dieses Signal wird integriert und dann, wenn das integrierte Signal einen vorbe­ stimmten Wert erreicht, wird ein Triggersignal zur Betätigung des Rückhaltesystems vorgesehen.
Die US 39 11 391 ist ähnlich der US 38 70 894, sieht aber speziell vor, daß die Integration des Ausgangssignals des Be­ schleunigermessers nur dann anfängt, wenn das Ausgangssignal einen minimalen Schwellenpegel überschreitet, wodurch verhin­ dert wird, daß das Rückhaltesystem ausgelöst wird, wenn die Verzögerung derart ist, daß sie sicher durch die im Fahrzeug befindlichen Passagiere aufgenommen werden kann.
Die Vorrichtungen nach den beiden oben erwähnten US-Patenten sind nicht in der Lage, ein Trigger- oder Auslösesignal zur Betätigung eines Rückhal­ tesystems infolge der Rate oder Geschwindigkeit der Fahrzeug­ verzögerungsänderung, d. h. bei einem Ruck mit Überschreitung eines Schwellpegels vorzusehen.
Die internationale Anmeldung WO 88/07461 lehrt, daß eine Insassenrückhaltevorrichtung dann ausgelöst werden soll, wenn ein Beschleunigungssignal einen bestimmten Schwellenwert übersteigt und ein durch Integrieren des Beschleunigungssignals erhaltenes Geschwindigkeitssignal nach Ablauf einer bestimmten Zeit innerhalb eines bestimmten Zeitfensters einen Geschwindigkeits-Schwellwert übersteigt.
Die gattungsbildende US 37 62 495 beschreibt eine Vorrichtung zur Betätigung eines Passagierrückhaltesystems in einem Fahrzeug, welches zu seinem Betrieb teilweise darauf vertraut, durch Abfühlen fest­ zustellen, ob die Änderungsrate der Fahrzeugverzögerung, d. h. ein Ruck oder Stoß, einen Schwellpegel übersteigt. Das Patent US 37 62 495 macht es jedoch nicht erforderlich, daß innerhalb einer festen Zeitperiode die Fahrzeugverzögerung einen minimalen Schwellpegel oder die Größe des Rucks einen Ruck-Schwellpegel übersteigen muß, um zu einer Auslösung des Passagierrückhaltesystems zu führen.
Es wurde festgestellt, daß sämtliche Ruckvorgänge mit hin­ reichender Größe zur Überschreitung eines Ruck-Schwellpegels, die nicht zeitgerecht sind bezüglich des Beginns des Zusam­ menstoßzustandes, nicht die Betätigung eines Pas­ sagierrückhaltesystems zur Folge haben sollten. Ein Beispiel dafür kann ein Zusammenstoß mit einem Telefonmast mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit in der Größenordnung von 15 Meilen pro Stunde (ungefähr 24 km pro Stunde) sein. Während eines derartigen Zusammenstoßes können die Passagiere nicht ernsthaft verletzt werden, weil die auf die Passagiere ausge­ übten g-Pegel verhältnismäßig niedrig sind. Wenn, genauer ge­ sagt, das Fahrzeug auf einen Telefonmast auftrifft, so kann ein U-förmiges Loch in der Fahrzeugstoßstange zwischen den Frontscheinwerfern erzeugt werden und der Kollisionsstoß wird nicht unmittelbar auf die Passagiere übertragen. Zu einem spä­ teren Zeitpunkt des Zusammenstoßes kann der Telefonmast auf den Fahrzeugmotor auftreffen, was einen Stoß- oder Ruckzustand hervorruft, der eine hinreichende Größe zur Betätigung des Rückhaltesystems besitzt. Zu diesem späteren Zeitpunkt des Zu­ sammenstoßes kann es jedoch nicht mehr notwendig sein, das Rückhaltesystem zu betätigen. Demgemäß kann es abhängig von der Zeit des Auftretens eines Stoßes oder Rucks nicht mehr zweckmäßig sein, das Rückhaltesystem zu betätigen.
Die vorliegende Erfindung be­ absichtigt Verbesserungen bei der Steuerung des Auslösens eines Fahrzeuginsassenrückhaltesystems dadurch, daß verlangt wird, daß ein zur Betätigung des Rückhaltesystems ausreichen­ der Stoß oder Ruck innerhalb eines vorbestimmten Zeitinter­ valls nach Beginn des Zusammenstoßzustandes auftreten muß.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Betätigung eines Passagierrückhaltesystems in einem Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demgemäß wird eine Vorrichtung vorge­ sehen, um ein Passagierrückhaltesystem in einem Passagierfahr­ zeug zu betätigen. Die Vorrichtung umfaßt einen Sensor (Sensorvorrichtung), um ein Fahrzeugzustandssignal vorzusehen, welches der Fahrzeugverzögerung entspricht. Dieses Zustandssignal wird differenziert, um ein Stoßsignal entsprechend der Änderungsrate oder Änderungsge­ schwindigkeit der Fahrzeugverzögerung vorzusehen. Eine Zeitpe­ riode T1 erstreckt sich zeitlich nur so lange, wie der Wert des Zustandssignals den eines ersten Schwellpegels über­ steigt. Ein zweites Signal wird so lange erzeugt, wie der Wert des Stoßsignals den eines Stoßschwellpegels übersteigt. Ein Trigger- oder Auslösesignal wird zur Betätigung des Rückhalte­ systems nur dann vorgesehen, wenn während der Zeitperiode T1 das zweite Signal auftritt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Erfindung; und
Fig. 2 Wellenformen A bis J, welche bestimmte Spannungswerte darstellen, die an verschiedenen Punkten der in Fig. 1 gezeigten Schaltung vorhanden sind.
Es sei nunmehr auf die Zeichnungen Bezug ge­ nommen, und zwar insbesondere auf Fig. 1, welche eine Vorrich­ tung gemäß der Erfindung zeigt, und zwar zur Betätigung eines Passagierrückhaltesystems in einem Passagierfahrzeug, wobei das Rückhaltesystem ein Luftkissen 10 aufweist, welches durch eine Zündschaltung 12 betätigt wird, sobald eine Auswerteschaltung 14 bestimmt hat, daß ein echter Zusammenstoß erfolgt. Die Aus­ werteschaltung 14 ist mit dem Ausgang eines Fühl- oder Sensor­ elements (Sensorvorrichtung) 16 verbunden, welches ein Fahrzeugzustandssignal ab­ gibt, welches eine Anzeige für einen potentiellen Bereit­ schaftszustand für die Betätigung des Luftkissens 10 liefert. Das durch die Sensorvorrichtung 16 vorgesehene Zustandssignal ist ein Spannungssignal mit einem Wert, der sich mit dem Wert der Fahrzeugverzögerung verändert. Die Auswertschaltung 14 nimmt eine Analyse des Zustandssignals vor. Wenn die Schaltung 14 entscheidet, daß ein echter Zusammenstoß auftritt, so legt sie ein Trigger- oder Auslösesignal an die Zündschaltung 12.
Die Zündschaltung 12 weist eine monostabile Multivibrator­ schaltung 18 auf, die bei Empfang eines Triggersignals von der Auswerteschaltung 14 ein Zündsignal lie­ fert. Das Zündsignal wird für eine feste Zeitdauer aufrechter­ halten, die ausreicht, um einen in der Form eines Feldeffekt­ transistors 20 vorgesehenen Transistorschalter einzuschalten, wobei dessen Drain/Source-Schaltung in Serie liegt mit einer +B-Spannungsversorgungsquelle und einer mit dem Luftkis­ sen 10 assoziierten Zündladung 22. Sobald der Schalttransistor 20 in seinen leitenden Zustand gebracht ist, liefert er Strom für eine hinreichende Zeitperiode zur Zündung der Zündladung 22, um das Luftkissen 10 in bekannter Weise aufzublasen.
Die Sensorvorrichtung 16 ist vorzugsweise in der Form eines Be­ schleunigungsmessers der Piezowiderstandswandler-Bauart vor­ gesehen und ist erhältlich von der Firma I.C. Sensors, 1701 McCarthy Boulevard, Milpitas, Kalifornien, USA, unter der Mo­ dell-Nummer 3021.
Während der Fahrzeugverzögerung liefert die Sensorvorrichtung 16 ein Ausgangssignal mit einem Wert, der sich mit der Verzöge­ rung des Fahrzeugs verändert. Eine Darstellung dieses Aus­ gangssignals gibt die Wellenform A der von der Zeit abhängen­ den Spannung in Fig. 2. Die Wellenformen B bis J in Fig. 2 stellen sämtlich wie die Wellenform A Spannungspegel, abhängig von der Zeit dar, und zwar an verschiedenen Punkten in der Schaltung der Fig. 1, wobei diese Punkte in entsprechender Weise mit A bis J bezeichnet sind. Diese Wellenformen helfen beim Verständnis der Arbeitsweise der Auswerteschaltung 14, die im folgenden beschrieben wird.
Das Zustandssignal, in diesem Falle ein Verzögerungssignal, das von der Sensorvorrichtung 16 geliefert wird, wird durch einen Verstärker 24 verstärkt, wobei dann das verstärkte Signal durch ein Tiefpaß­ filter 26 gefiltert wird. Der Filtervorgang entfernt verschie­ dene hochfrequente Spitzen und Rauschen, die im verstärkten Signal vorhanden sein können und die für einen Stoß- oder Ruckzustand nicht repräsentativ sind.
Damit das Verzögerungssignal für einen möglicherweise echten Zusammenstoßzustand repräsentativ ist, sollte es einen mini­ malen Schwellenpegel Go überschreiten, der für eine Verzöge­ rung in der Größenordnung von beispielsweise 5 g repräsentativ ist. Beschleunigungen mit kleinerer Amplitude werden hier als in ihrer Größe nicht ausreichend angesehen, um eine Betrachtung durch die Auswerteschaltung 14 für erforderlich zu halten, um festzustellen, ob ein echter Zusammenstoßzustand existiert. Infolgedessen wird das gefilterte Verzögerungsignal durch eine Vergleichsvorrichtung bzw. einen Komparator 30 mit einem minimalen Schwellenpegel Go verglichen. Der Schwellenpegel Go kann von einem Verbindungspunkt eines Spannungsteilers mit den Wider­ ständen 32 und 34 erhalten werden, die zwischen Erde und einer +B-Spannungsversorgungsquelle liegen. Wie man aus den Wellen­ formen C und E erkennt, liefert der Komparator 30 ein positi­ ves Ausgangssignal nur so lange, wie die Größe des gefilterten Verzögerungssignals eine Größe des minimalen Schwellpegels Go übersteigt. Somit reicht ein eine niedrige Amplitude besit­ zendes Verzögerungssignal mit einer Größe kleiner als dem Schwellenpegel Go nicht aus, um durch den Komparator 30 er­ kannt zu werden und somit bleibt die Ausgangsgröße des Kompa­ rators niedrig.
Das gefilterte durch Filter 26 gelieferte Verzögerungssignal wird auch an eine Differenziervorrichtung (Differenzierer) 36 geliefert, die an ihrem Ausgang ein dif­ ferenziertes Signal liefert, welches sich in seiner Größe mit der Rate oder Geschwindigkeit der Verzögerung verändert. Das differenzierte Signal, oder Stoßsignal, ist in Wellenform D der Fig. 2 dargestellt. Damit das Stoßsignal zur Betätigung des Rückhaltesystems ausreicht, muß es einen Stoßschwellenpegel X innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode T1 übersteigen, vorausgesetzt, daß das gefilterte Ver­ zögerungssignal kontinuierlich den Schwellenpegel Go über­ steigt.
Der Vergleich mit dem Schwellpegel X wird mit einem Komparator 38 erreicht, der das Stoßsignal mit einem Stoßschwellpegel X vergleicht und ein positives Ausgangssignal so lange liefert, wie das Stoßsignal diesen Schwellenwert übersteigt. Der Stoß­ schwellenpegel X kann von einem Spannungsteiler erhalten wer­ den, der ein Paar von Widerständen 40 und 42 aufweist, die in Serie zwischen einer +B Spannungsversorgungsquelle und Erde liegen. So lange das von der Differenzierschaltung 36 erhal­ tene Stoßsignal den Stoßschwellpegel X übersteigt, liefert der Komparator 38 an seinem Ausgang ein positives Signal. Dieses positive Signal vom Komparator 38 wird als eine Eingangsgröße an eine UND-Schaltung 44 geliefert, die freigeschaltet werden muß, bevor ein Triggersignal zur Betätigung der Zünd­ schaltung 12 geliefert werden kann.
Das Freischaltungssignal für die UND-Schaltung 44 liegt nur während der Zeitperiode T1 vor. Wenn die Ausgangsgröße des Kom­ parators 30 positiv wird, betätigt sich eine Zeitsteuerschal­ tung oder -vorrichtung 46, die dann die Zeitperiode T1 so lange abzählt, wie die Ausgangsgröße des Komparators 30 positiv bleibt. Die Zeitsteuerschaltung 46 wird zurückgesetzt, sobald die Aus­ gangsgröße des Komparators 30 nach unten geht. Infolgedessen ist die Ausgangsgröße der Zeitsteuerschaltung 46 während der Zeitperiode T1 niedrig. Das Zeitsteuerschaltungsausgangssignal wird durch einen Inverter 48 invertiert, um ein positives Sig­ nal vorzusehen während des Intervalls, in dem die Zeitsteuerschal­ tung 46 die Zeitperiode T1 abzählt. Das invertierte positive Signal wird an das UND-Gatter 44 geliefert, um so das UND-Gatter während der Zeitperiode T1 freizuschalten. Wenn wäh­ rend dieser Zeitperiode die Ausgangsgröße des Komparators 38 hochgeht, wird die UND-Schaltung 44 ein Auslösesignal zur Be­ tätigung der Zündschaltung 12 anlegen.
An dieser Stelle sollte erkannt werden, daß die Zeitsteuer­ schaltung 46 zu der Bauart gehört, die einen erneut trigger­ baren Eingang besitzt, der mit IN bezeichnet ist. Dies bedeu­ tet, daß die Zeitsteuerschaltung zurückgesetzt und gestartet werden kann durch das Nichtvorhandensein bzw. das Vorhanden­ sein eines positiven an den Eingang IN angelegten Signals. Die Zeitsteuerschaltung ist somit infolge eines an ihren Eingang IN angelegten positiven Signals für das Abzählen der Zeitperiode T1 operativ, kann aber mit der negativen Flanke oder am Ende dieses positiven Signals zurückgesetzt werden. In einem solchen Falle wird die Zeitsteuerschaltung nicht zeit­ lich ausschalten und wird kein negatives Signal an ihre Ausgangsklemme OUT liefern.
Es sei nunmehr auf die Fig. 2 Bezug genommen, wo drei Fahr­ zeugverzögerungszustände an den Wellenformteilen 50, 52 und 54 dargestellt sind, die durch die Auswerteschaltung 14 ausgewer­ tet werden sollen, um das Vorhandensein eines echten Zusam­ menstoßzustands zu bestimmen, der die Auslösung der Zünd­ schaltung 12 nötig macht, um das Rückhaltesystem zu betätigen.
Der erste durch den Wellenformteil 50 repräsentierte Zustand ist eine Fahrzeugverzögerung von hinreichender Größe, welche den Schwellpegel Go übersteigt. Infolge dieser Verzögerung wird die Ausgangsgröße des Komparators 30 positiv und veranlaßt die Zeitsteuerschaltung 46, die Zeitsteuerung (bzw. den Ablauf) der Zeitperiode T1 zu beginnen. Während der Zeitperiode T1 über­ steigt jedoch das durch die Wellenform D dargestellte Stoß­ signal nicht den Stoßschwellpegel X. Infolgedessen bleibt während der Periode, wo die UND-Schaltung 44 freigeschaltet ist, die Ausgangsgröße des Komparators 38 niedrig, und es wird kein Auslösesignal an die Zündschaltung 12 ge­ liefert. Die Auswerteschaltung 14 hat somit bestimmt, daß der durch die Wellenform 50 repräsentierte Zustand nicht zur Trig­ gerung oder Auslösung des Rückhaltesystems ausreicht.
Der zweite ausgewertete Zustand wird durch den Wellenformteil 52 in Fig. 2 repräsentiert. Wie man aus der Wellenform C er­ kennt, zeigt dieser Zustand an, daß die Fahrzeugverzögerung hinreichend groß ist, so daß sie den minimalen Schwellenpegel Go übersteigt und bewirkt, daß der Komparator 30 ins Positive geht und die Zeitsteuerschaltung 46 betätigt. Während der Zeitperiode T1 bleibt das Stoßsignal unterhalb des Stoß­ schwellpegels X und das freigeschaltete UND-Gatter 44 liefert kein Triggersignal zur Betätigung der Zündschaltung 12. Dieser Zu­ stand zeigt auch, daß das Stoßsignal den Stoßschwellenpegel X übersteigt, nachdem die Zeitsteuerschaltung ihre Zeitsteuerung beendet hat und das UND-Gatter 44 nicht mehr freigeschaltet ist. Somit hat die Auswerteschaltung 14 bestimmt, daß, obwohl das Stoßsignal eine hinreichende Größe zur Auslösung des Rückhal­ tesystems erreicht hatte, die erforderliche Größe des Stoß­ signals zu spät kam. Die Zeitperiode T1 kann in der Größenord­ nung von 20 ms liegen und die Zeitperiode für einen Zusammen­ stoßzustand kann in der Größenordnung von 100 ms liegen. Eine späte Bestimmung eines ansonsten echten Zusammenstoßes ist beispielsweise eine Anzeige für den Fall, wo ein Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit in der Größenordn­ ung von 15 Meilen pro Stunde (24 Stundenkilometer) an einen Telefonmast stößt. Ein solcher Zustand kann für die Fahrgäste eine nicht ausrei­ chende Bedrohung darstellen, um die Auslösung des Rückhaltesystems zu rechtfertigen.
Der dritte in Fig. 2 zur Auswertung dargestellte Zustand wird durch den Wellenformteil 54 repräsentiert. Aus einer Überprü­ fung der Wellenformen in Fig. 2 erkennt man, daß dieser Zu­ stand eine Fahrzeugverzögerung von hinreichender Größe zeigt, um den minimalen Schwellwert G₀ zu übersteigen und die Zeit­ steuervorrichtung 46 zum Beginn des Abzählens der Zeitpe­ riode T1 zu veranlassen. Während der Zeitperiode T1 schaltet die Zeitsteuerschaltung 46 durch den Inverter 48 die UND- Schaltung 44 frei, wie man dies in der Wellenform H erkennt. In dem zu überprüfenden Zustand übersteigt die Größe des Stoßsignals den Stoßschwellpegel X, bevor die Zeitsteuerschaltung 46 die Zeitsteuerung beendet. Infolgedessen wird ein positives Signal durch den Komparator 38 an die aktivierte UND-Schaltung 44 an­ gelegt, die dann ein Auslösesignal an die Zündschaltung 12 an­ legt, um das Rückhaltesystem in Gang zu setzen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Betätigung eines Passagierrückhaltesystems in einem Fahrzeug, insbesondere einem Passagierfahrzeug, wobei folgendes vorgesehen ist:
eine Sensorvorrichtung (16) zum Liefern eines der Fahrzeugverzögerung entsprechendes Fahrzeugzustandssignals und eine Differenziervorrichtung (36) zur Differenzierung des Zustandssignals und zum Liefern eines der Änderungsrate der Fahrzeugverzögerung entsprechendes Stoßsignals (D),
eine Vergleichsvorrichtung (38) zum Liefern eines weiteren Signals (G), solange der Wert des Stoßsignals (D) den Wert eines Stoßschwellenpegels (X) übersteigt,
gekennzeichnet durch
eine Zeitsteuervorrichtung (30, 46, 48) zum Abzählen einer Zeitperiode T1 sobald als und nur solange, wie der Wert des Zustandssignals den eines ersten Schwellenpegels (G₀) übersteigt; und
eine Auslösevorrichtung (44, 18, 20) zum Liefern eines Auslösesignals zur Betätigung des Rückhaltesystems (10) nur dann, wenn das weitere Signal (G) während des Abzählens der Zeitperiode T1 auftritt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Tiefpaßfilter (26) zum Filtern des Fahrzeugzustandssignals vor dem Differenzieren des Zustandssignals.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuervorrichtung (30, 46, 48) eine Vergleichsvorrichtung (30) aufweist, um ein erstes Signal (E) vorzusehen, solange der Wert des Zustandssignals den Wert des ersten Schwellenpegels (G₀) übersteigt, und ein rücksetzbares Zeitglied (46), das gestartet wird durch das erste Signal (e) zum Abzählen der Zeitperiode T1, und das rückgesetzt wird während der Zeitperiode T1 beim Wegfall des ersten Signals (E).
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösevorrichtung (44, 18, 20) eine UND-Schaltung (44) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuervorrichtung (30, 46, 48) einen Inverter (48) aufweist.
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